かなり長い間、ライダーの「技術的ルート」に関する私たちの議論は「スキャニングアーキテクチャによる ToF ライダーの分類」にとどまっていましたが、距離測定方法に基づいて、ライダーは次のような高次元の分類を無視していました。 ToF と FMCW の 2 つのカテゴリに分類されます。

光学レンズの類似点を除けば、これら 2 つはほぼ完全に異なるカテゴリです。TOFとFMCWの分類は、いわゆる「機械回転、MEMS、回転ミラー、プリズム、フラッシュ」という分類よりもはるかに重要であると言えます。

公開情報から判断すると、現時点で FMCW LIDAR 企業の研究開発には大きく 2 つの勢力が関与しています。

1. Aeva、Mobileye、Blackmore、LightIC、Strobe、Analog Photonics、Baraja、Scantinel Photonics、Bridger Photonics、Insight LiDAR、SiLC、OURS、LightSpoon Technology、Guangper など、当初から FCMW ルートに注力してきた企業Luo Micro、マイクロソースフォトンなど。

2. Waymo、Hesai、Huawei、および現在 ToF ルートに注力しているその他の企業。

興味深いことに、2017年以降に設立された企業のほとんどはTOF製品を製造しておらず、最初からFMCW路線をたどっています。なぜなら、これらの企業の見解では、TOF ルートは先行者企業によって成熟しており、再びそれを行う機会は多くなく、さらに、TOF 技術ルートの固有の限界により、新しい技術も必要となるからです。ルート。「仲直り」する。

しかし、Guangshao Technology の CEO、Yao Jian 氏は数か月前の講演で、参加者が多いにもかかわらず、現時点では世界規模で FMCW LIDAR プロトタイプを提供できるのは Aeva、Blackmore、Guangshao だけであると述べました。。

FMCW という概念は人々に「よくわからない」という印象を与えやすいですが、一部の実務者を除いて、外部の世界では FMCW ライダーについてほとんど知られていません。

9月、「9章インテリジェント・ドライビング」は、FMCWライダーに関する10万語以上の公開情報を読み、その情報に基づいて数十の質問を整理し、これらの質問についてLight Spoon Technology Sixの最高経営責任者（CEO）Yao Jian氏と議論した。 Luowei の CTO である Andy Sun と Zhisen Photonics IC の設計ディレクターである Wu Lei を含む業界の専門家が綿密な意見交換を行い、FMCW LIDAR に関するこの一連の「ポピュラーサイエンス記事」を編集しました。

インタビューの過程で、「Nine Chapters Smart Driving」は興味深い現象を発見しました。それは、FMCW に関するいくつかの基本的な問題について、実務家がまだ完全に合意に達していないということです。

1つ。FMCWライダーの定義

FMCW の正式名称は Frequency Modulated Continuous Wave (周波数変調連続波) で、中国語では「周波数変調連続波」と訳され、TOF と比較される LIDAR 測距原理です。そこで、FMCWについて話す前に、TOFについて簡単に紹介しましょう。

TOF（正式名称はTime of Flight、中国名は「Time of Flight Method」）の測距原理は、ターゲットとライダーの間の光パルスの飛行時間に光速を乗じて距離を計算することです。TOF ライダーはパルス振幅変調技術 (AM) を使用しているため、AM ライダーとも呼ばれます。

ToFルートとは異なり、FMCWは主に連続レーザー光を送受信し、戻り光とローカル光を干渉させ、混合検出技術を使用して送受信の周波数差を測定し、周波数を通じてターゲットまでの距離を計算します。違い。

具体的には、レーザービームがターゲットに当たって反射され、その反射が光の周波数に影響します。ターゲットが車両に向かって歩いている場合、周波数は増加します。ターゲットと車両が同じ方向に歩いている場合、周波数は増加します。頻度が減ります。反射光が検出器に戻ってくると、照射時の周波数と比較され、2つの周波数の差を測定して物体の距離情報を算出します。

つまり、ToF は時間を使用して距離を測定するのに対し、FMCW は周波数を使用して距離を測定します。

以下の図は、三角波周波数変調連続波を例として測距原理を紹介しています: 青は送信信号の周波数、赤は受信信号の周波数です発射されたレーザー光線は繰り返し変調され、信号周波数は維持されます変化。

写真は2021年6月28日に公開アカウント「美団無人配送」が公開した「主流LiDARの分類と原則」より抜粋

さらに、FMCW ライダー会社の CEO、Xi 氏によると、FMCW と TOF の間にはもう 1 つの明らかな違いがあります。TOF は周囲光の干渉を減らすために、フィルタリング、つまり周囲の光以外の光をブロックすることに重点を置いています。レーダー受信機からの動作波長、および FMCW は、それ自体が発するレーザーとのみ干渉し、他の光源からの光によって干渉されません。簡単に言えば、TOFは「反体制派の撃退」を意味し、FMCWは「似たような人々を引き寄せる」ことを意味します。

FMCW LIDARのコア技術は主に光通信分野から来ており、Microsource Photonicsの会長兼ゼネラルマネージャーであるZhu Xiaoqi氏は、信号を送受信するためのFMCW LIDARの変復調アルゴリズムは光通信の光学モジュールに非常に似ていると述べた。通信製品; 軽いスプーンを使う Technology CEO の Yao Jian 氏は、「光通信製品の送信機と受信機を組み合わせ、光ファイバーを折り曲げて FMCW ライダーを形成します。」と述べました。

光通信の分野では多数のシリコンフォトニクステクノロジーが使用されており、FMCW ライダーの受信とスキャンにもシリコンフォトニクスチップが必要です。いわゆるシリコンフォトニクスチップは、アクティブ制御、変調、復調制御など、CMOSウェハ上で多くの光路制御を行います。簡単に言えば、シリコンフォトニックチップは通常のシリコンチップと比較して、電気と光の両方を通すことができます。

もちろん、光通信製品は最初からシリコンフォトニック技術をベースにしていたわけではありません。また、初期の光通信製品にはディスクリートのデバイスが多く使用されており、一般にサイズが大きく、コストが高いという特徴がありましたが、シリコンフォトニクス技術が成熟して導入されるにつれて、光通信製品は集積化の方向に発展し始め、応用規模が拡大し始めました。大幅に増加します。

FMCW LIDAR がシリコンフォトニクス産業チェーンに大きく依存していることを考えると、FCMW LIDAR 企業の成長ペースはシリコンフォトニクス産業チェーンの成熟度にも大きく左右されます。

ライダー会社の創設者は、「ナイン・チャプターズ・スマート・ドライビング」で次のように語った：「なぜDARPAベースのFMCWライダー会社は基本的に2018年以降にしか設立されないのですか？シリコンフォトニクスプロセスが成熟したとみなされるのは現時点でのみだからです。シリコンフォトニクス技術は成熟しています。光学「通信が普及し始めたのはここ 2 ～ 3 年です。それまでは、シリコンフォトニクスの統合に頼ってコストを削減する方法がなかったため、FMCW のコストは非常に高かったに違いありません。」

二。FMCW LIDAR テクノロジーのロードマップ

1.関連する方法で分類する

Optical Spoon Technology CEOのYao Jian氏によると、FMCWは光波のコヒーレンスモードに応じて周波数変調と位相変調に分けられるという。この 2 つは実際には同じです (周波数変調の微分は位相変調、位相変調の積分は周波数変調です) が、実装方法が異なります。

周波数変調は、光波信号を「バネ」に追加することに似ており、バネは圧縮または引き上げられます。

位相変調は、信号にランダムなコード変調を追加することであり、本質的にはコーディング技術です。

Luowei の CTO、Andy Sun 氏によると、位相と周波数は関連しており、位相変調は周波数変調の非線形またはコード化された形式と見なすことができます。

線形周波数変調 FMCW の利点は、FFT の信号処理技術が非常に高い S/N 比を提供し、チップと IP が非常に成熟していることですが、レーザーの周波数変調の線形性は非常に厳しいものです。市場で販売されているレーザーはより高価ですが、近年、低コストの光通信レーザー技術を採用するサプライヤーが続々と流入しているため、将来的にはコストが大幅に削減されるでしょう。チャープテクノロジーの代表的な企業としてはBlackmore社とSILC社があります。

コード化位相変調または非線形周波数変調は、レーザー変調の要件が低いため、より簡単に入手できる、より大きな光出力を備えたファイバーレーザーを使用できますが、欠点は、ADC のサンプリングレートが非常に高いため、特殊な DSP アルゴリズムが必要であることです。信号対雑音比 FFT に比べて低い。この技術的ルートを採用する代表的な企業は、Aeva と Guangshao Technology です。

Andy Sun 氏は、非線形周波数変調や符号化位相変調と比較して、線形周波数変調はより高い S/N 比を実現できるため、長距離 FMCW LIDAR を行う場合にはより良い選択となると考えています。

2. 周波数変調の実装方法による分類

匿名を希望したあるライダーメーカーの担当者は、周波数変調を実現するには2つの方法があると述べた。

外部変調。つまり、光電変調器を使用して RF 信号をロードし、周波数変調を実現します。

直接変調とは、レーザーの動作電流を直接変更して、動作波長の線形周波数変調を実現することを意味します。

これら 2 つのソリューションのパフォーマンスに違いはありませんが、統合とコストは大きく異なります。

外部調整の統合レベルは非常に低く、コストは非常に高くなります。

直接調整方法は変調器と信号源のコストを節約しますが、実装はより困難です。

前出の関係者によると、現在ライダーメーカーの中で直接調整技術を習得しているのはAeva社だけだという。

三つ。TOFと比較したFMCWの利点

TOFと比較して、FMCWライダーの利点は何ですか? 以下では、TOF LIDAR の制限に基づいて 1 つずつ比較して共有します。

1. TOF 光波は周囲光によって容易に干渉されますが、FMCW は強力な干渉防止能力を備えています。

TOFのキーテクノロジーは電気信号（電気パルスを変調して光パルスを細くし、光を電気信号に変換し、電気信号を操作してパルスを解析する技術）であり、電気信号の特徴の1つは次のとおりです。 , 環境騒音の影響を受けやすいです。

TOFライダーは直接検出方式を採用しているため、検出器に入射するすべての光に反応するため、車両に多数のライダーが搭載されている場合や、複数のライダー搭載車が同じエリアを走行している場合、各レーザーの光の相互干渉をどのように回避するかが課題となります。レーダーからの電波が大きな問題となります。

これらの問題を解決するために、さまざまなライダーメーカーは多額の資金を投資して特殊な干渉防止技術を研究する必要があります。最も一般的な手法は、他の LIDAR によって干渉されないように、各レーザーパルスを個別にエンコードすることです。ただし、エンコードすると信号対雑音比が低下するため、測距機能が犠牲になります。

また、TOFライダーは強い光の影響を受けやすいです。太陽に向かって作業をする場合、太陽が明るすぎるとターゲットが見づらくなります。同時に強すぎる太陽光によってカメラとライダーが故障したらどうなるかを想像してみてください。

より長い検出距離を達成するために、Luminar などのメーカーは 1550 ナノメートルのレーザーを使用していますが、Yao Jian 氏らは、1550 ナノメートルのレーザーを TOF に使用すると、太陽光に敏感になるため、強い環境下では動作できないと考えています。ライト。

もちろん、この問題が完全に解決できないわけではありません。たとえば、干渉に耐えるためにさまざまなフィルターを使用できます。また、システムの焦点距離を長くすることもできます。焦点距離が長いほど、単一点テストの視野が狭くなり、したがって太陽光が少なくなります。にさらされています。後者のアプローチでは FOV が犠牲になることに注意してください。

しかし、FMCW LIDAR の場合、「干渉」はもはや問題ではありません。

まず、FMCWはコヒーレンスの原理（反射光が局所光と干渉する）に基づいており、自分が発した光（同じ周波数または類似の周波数）のみを受信できるため、さまざまな「迷光」の影響を受けません。 " - ここ「迷光」には、他の LIDAR からの光と太陽光などの周囲光の両方が含まれます。

第二に、Yao Jian 氏によると、FMCW ライダーは単一光子であり、内蔵光源の強度は反射太陽光の強度より少なくとも 3 桁高いため、太陽光の影響は基本的に無視できます。。

さらに、FMCW ライダーが強力な干渉防止能力を備えているもう 1 つの理由は、フィルターが非常に小さいことです。

前述したように、フィルタの追加は周囲光の干渉に対抗する手段であり、フィルタの帯域幅が狭いほど、干渉防止能力は強くなります。一般に、TOF ライダーのフィルター帯域幅は 20 ～ 30 ナノメートルですが、FMCW ライダーのフィルター帯域幅は 0.01 ナノメートル以内です。

2. TOF の S/N 比が低すぎるのに対し、FMCW の S/N 比は非常に高い

低い信号対雑音比は、TOF LIDAR を取り除くのが難しい問題点です。具体的には、ライダーは検出範囲が 200 メートルであると主張していますが、実際には、いわゆるターゲットが本物のターゲットであるか偽のターゲットであるかを区別できない可能性があります。

その理由は、太陽光などの周囲光による対象物への反射や乱反射により不要なノイズ信号が発生し、受信側ではこのノイズ信号が電気信号に変換されて増幅されてしまうためです。

Yao Jian 氏によると、TOF ライダーが遭遇するノイズは業界では「付加ノイズ」と呼ばれています。いわゆる「加法性ノイズ」とは、検出側の受信側が信号を受信することを意味しますが、これは「擬似目標点」である可能性があります。通常、TOF LIDAR は、反射率に基づいて、この点が実際のターゲットポイントであるか「疑似ターゲットポイント」であるかを判断する必要があります。

FMCW LIDAR ではこの問題を心配する必要はありません。理由は 2 つあります。

(1). FMCW ライダーの検出端は、送信した光のみを受信できるため、返された光が元の送信の時間、周波数、波長と一致しない場合、FMCW ライダーはそのデータポイントをフィルターで除外することを認識します。これは、より正確なターゲット検出を達成できることを意味します。

(2). FMCW ライダーでは、レーザーから発せられる信号光に加えて、ビームスプリッターを通過した局部発振光があり、信号光のエコーと局部発振光が光に結合します。探知機も一緒に。受信光信号の光パワーに加えて、局部発振光パワーも暗騒音と競合し、雑音を抑制します。

一般に、FMCW LIDAR の S/N 比は TOF の S/N 比よりも 10 倍以上高くなります。FMCW ライダー会社の CEO である習氏は、FMCW ライダーはコヒーレント検出方式を使用しており、その S/N 比は TOF よりも 3 ～ 4 桁高い可能性があるとさえ信じています。プロセスがより洗練されれば、その干渉効率はさらに向上します。「改善」、単一光子の検出は理論的には達成できます。

Yao Jian氏の言葉を借りれば、FMCWライダーのノイズは「乗算ノイズ」に属します。つまり、「検出端が特定の信号を受信すると、前方のターゲットは本物であり、『偽のターゲット』ではありません」。

長距離 LIDAR は、より長い検出距離を追求するために FOV を犠牲にすることが多く、実際にはより高い S/N 比が必要となるため、技術が成熟した後は、長距離センシングには FMCW がより良い選択肢となるでしょう。

3. TOF の速度次元データは低品質ですが、FMCW は各ピクセルの速度次元データを取得できます。

FMCWライダーメーカーのPRにおいて「速度寸法データ」は欠かせない目玉です。では、TOF LIDAR はターゲットの速度次元のデータを提供できないのでしょうか?

必ずしも。正確に言うと、TOFは照射したレーザーパルスの戻り時間を計測して距離を算出するだけなので、「対象物の速度情報を直接取得することはできない」。実際には、TOF は深層学習テクノロジーを使用して、ライダー操作中のターゲットの変位とフレーム間の時間差に基づいてターゲットの瞬間速度を計算します。

しかし、某FMCWライダー会社の創業者によると、探知範囲300メートルをうたうTOFライダーは、ターゲットまでの距離が一定の100メートルを超えると、当たるラインの数の関係で、多くの場合、検出距離が300メートルを超えてしまうことが多いとのこと。 LIDAR による数が少なすぎるため、速度を計算するのは困難です。

Luowei CTO Andy Sun 氏は別の理由について、速度計算では時間差の導関数を計算するために 2 つのフレーム間の距離差を使用する必要があるため、ノイズの影響を非常に受けやすいため、たとえまったく機能しません。実際には、通常、ノイズ干渉を減らすために平滑化に 2 フレームよりはるかに多くのデータを使用する必要があり、計算された速度の信頼性は高くなりますが、そうすると過度の遅延が発生します。

しかし、FMCW LIDAR ではこの問題を心配する必要はありません。FMCWの反射光周波数はドップラー効果により前方の移動体の速度に応じて変化するため、対象物の各ピクセルの速度データを直接計算することができます。

速度寸法データはどのような用途に使用されますか?

FMCW LIDAR 会社の CEO、Xi 氏は次の 2 つのシナリオについて言及しました。

(1). 自動運転車が時速 120 キロメートルの速度で走行しているときに、時速 125 キロメートルの速度で走行する別の車両に突然ブロックされた場合はどうなりますか?

人間が運転している場合、ドライバーは通常、停止に成功すると相手の車との車間距離がどんどん広がっていくことを痛感しているため、特に何もする必要はありませんが、自動運転システムの場合はこれが重要です。これは非常に難しいことです。正確な速度寸法データを取得できないため、カメラも TOF ライダーも、意思決定システムが「車両 (妨害車両) と自分との間のギャップが 0 になるだろう」という判断を下すのに役立ちません。実際、この状況で自動運転システムが実行する最も一般的なアクションは緊急ブレーキであり、これは簡単に追突事故につながる可能性があります。

しかし、TOF ライダーを FMCW に置き換えれば、問題は解決されます。なぜなら、FMCW ライダーは、遮断された車両の位置を正確に検出できるだけでなく、遮断された車両のベクトル速度も正確に検出できるため、意思決定システムが「遮断しなければ、車両を遮断しなければ」という結論を下すのに役立ちます。「車両、衝突を回避できます」ということで、不必要なブレーキを回避できます。

(2). 雨の日には、車両のフロントタイヤから水霧が飛沫します。TOF ライダーが水霧に当たった後に形成される点群も塊状で、車両や他の障害物と何ら変わりません。情報は意思決定システムに多くの問題を引き起こす可能性があります - ブレーキをかけるか、ブレーキをかけないか？水霧による誤ブレーキが頻繁に発生すると、乗り心地が悪くなるだけでなく、追突などの安全上の危険も生じます。

しかし、TOF が FMCW に置き換えられれば、問題は解決されます。フロントタイヤから飛び散る水ミストには明らかな上昇と下降の軌道があり、FMCW LIDAR はこのベクトル速度情報を使用して、意思決定システムがそれらが「水ミスト」であると判断できるようにするため、決定によってフィルタリングできるためです。アルゴリズムを作成します。

姚建は次のような例を挙げた。

(1). 白い車に阻まれ、小さなコーナーだけが露出しているバイクがありますが、TOF ではそのようなターゲットを識別できませんが、FMCW はこの「小さなコーナー」の速度情報を監視できるため、識別できます。

(2). 2 台の車両は非常に接近しており、TOF ライダーでは 1 台の車両であるか 2 台の車両であるかを区別することは困難ですが、FMCW では車両の各ピクセルの速度情報を取得できるため、2 台の車両を容易に識別できます。車は区別されます。

(3). 歩行者を監視する場合、TOF ライダーは「そこに人がいる」ということしか判断できませんが、FMCW はどちらが人の左腕でどちらが右腕であるかを明確に認識できます。

Yao Jian 氏は次のように説明しました。「速度次元データのおかげで、たとえレーザーが障害物に当たった後に 1 点にしか戻らなかったとしても (ターゲットの反射率が低い、距離が遠すぎるなどの理由で)、監視結果には影響しません。」

Yao Jian 氏によると、FMCW ライダーの検出範囲は 500 ～ 600 メートルにも及ぶ可能性があります。これは、オーロラが本線の物流現場に転向した後、FMCWライダーメーカーのブラックモア社を買収することを決めた主な理由でもあります。トラックは遠くを見る必要があり、遠くにあるライダーの光点は非常にまばらですが、速度次元データがあれば, まばらな光点は深刻な問題ではありません。

Yao Jian 氏は、有効検出距離の延長に加えて、速度寸法データは次の 2 つの大きな利点ももたらす可能性があると述べました。

1. 反射率が非常に低い物体は 1 つの光点だけで検出できるため、反射率はそれほど重要ではありません。したがって、ユーザーはさまざまなターゲットの反射率を具体的に測定する必要がなくなりました。

2. ターゲットの各ピクセルの速度がセンサーから出力されるため、バックエンド処理に必要な計算能力が削減されます。さらに、センサーフュージョンのアルゴリズムアーキテクチャも簡単です。

さらに、速度次元データは、点周波数における FMCW LIDAR の欠点を補うこともできます。

あるTOFライダーメーカーの担当者によると、1回に2マイクロ秒かかるTOF測距とは異なり、FMCW測距は1回に20マイクロ秒かかるため、後者の方がポイント周波数が少ないという。ただし、各ピクセルには速度次元データが含まれているため、長距離の移動物体を認識するために点周波数をそれほど高くする必要がないため、一般に点周波数が低くても検出効果には影響しません。

しかし、FMCW LIDAR 会社の CEO である Xi 氏は、光スポットが非常にまばらな場合の検出結果は、LIDAR 自体の機能だけでなく、下流の顧客のアルゴリズムの実装方法にも依存すると考えています。ライダーの点群がまばらすぎて、はるか前方の車両には点が 3 つしかないため、「信頼性が十分でない」場合、検出結果は「無視」されます。

現在、AI アルゴリズムが周囲の物体を認識する場合、その認識結果が正しいかどうか、実際の値からどの程度離れているかをリアルタイムで検証する必要があるという新しい言い伝えがあり、ライダーの役割はここに反映されます - 一般的に言えば, 測定は客観的であり、参照として使用できます. もちろん、前提条件として、LIDAR によって提供される測定結果が十分な精度、密度、安定性を備えていることが必要です。

4.TOFはOPAスキャン構造と互換性がありませんが、FMCWは当然OPAに適しています

前述したように、TOF は依然として FMCW であり、主にトランシーバーシステム用であり、スキャンシステムも重要です。TOF LIDARのスキャン方式には、機械回転、回転ミラー、プリズム、MEMS、フラッシュ、OPAなどが含まれます。このうちフラッシュとOPAのみが純粋なソリッドステートスキャンであり、OPAスキャンの利点はより明らかです。

フラッシュはエリアアレイスキャンであるのに対し、OPAはポイントスキャンであるため、光パワーがより集中しており、理論上はフラッシュよりも検出距離を長くすることができます。

しかし実のところ、ヘッドライダーのメーカーは以前のスキャンソリューションに取り組んでいますが、OPA はしばらく人気がありましたが、音を立てることはありませんでした。実際、TOF LIDAR に OPA の使用を提案した最初の企業である Quanergy は、3 年前に自動車 LIDAR 市場から撤退しました。

なぜ？OPAスキャンは通常、シリコンフォトニックチップに基づいており、TOFのピークパワーが高すぎるため（通常は40〜50ワット、最大100ワット）、シリコンフォトニックチップは「まったく処理できません」。

もちろん、OPA チップが損傷しないように TOF の出力を下げることもできます。ただし、これは検出範囲が短くなるということも意味します。たとえば、Quanergy の以前の TOF+OPA 組み合わせソリューションの検出範囲は 100 メートル未満であり、メイン LIDAR に対する自律走行車の要件を明らかに満たすことができません。

これに対し、FMCWのピーク電力はわずか「100ミリワット台」であり、TOFに比べて「4桁低い」。その理由は：

TOF の 1 回の測距測定には 2 マイクロ秒しかかかりませんが、FMCW の 1 回の測距測定には 20 マイクロ秒かかります。総エネルギーはそれほど多くありませんが、時間の経過とともにエネルギーが均等に分散されるため、ピークパワーは比較的低くなります。

TOFのS/N比は低く、パワーが低すぎると十分な「有効な信号」が得られませんが、FMCWのS/N比は高く、非常に低いパワーでも十分な「有効な信号」が得られます。「信号」を取得することができます。

この点を考慮すると、OPA スキャンを FMCW トランシーバーと組み合わせれば、ピーク電力の問題を心配する必要はありません。

逆に言えば、車載ライダーにOPA を適用できるのは FMCW が成熟してからであるとも言えます。

5. FMCW はより高度な「チップ化」を達成できます

現在、多くの TOF LIDAR メーカーが「チップ化」により製品統合の向上とコスト削減を図っていますが、チップ化できるモジュールはせいぜい信号処理、レーザー、検出器などと光学レンズ、そしてスキャニングコンポーネント(フラッシュはエリアアレイであり、独立したスキャンコンポーネントはありません）当面はチップ化できません。

(注: TOF ライダーの光学レンズは統合できないというのがほとんどのメーカーの共通認識です。しかし習氏は、単結晶シリコン光学技術のサポートにより、将来的には TOF にも光学レンズを統合できると信じています。)

ただし、FMCW LIDAR では、最も理想的な環境下では、光学レンズや走査コンポーネントもチップベースにすることができます。

もちろん、技術的な観点から見ると、FMCW は本来チップベースではありません。

Luowei の CTO、Andy Sun 氏によると、やはりコヒーレンス原理に基づく光通信製品は、初期には多数の個別デバイスを「つなぎ合わせて」作られていました。しかし近年、Cisco、Huawei、ZTEなどの大手企業がシリコンフォトニックチップに基づく統合統合ソリューションを採用し始めているなど、新たな傾向が見られます。

その理由は、サプライチェーンが比較的成熟しているため、ディスクリートデバイスによる光通信製品は性能は保証できるものの、部品点数が多く、高精度な位置合わせ結合が必要なため、各セットのコストが高額になるためです。それに比べて、今日では、シリコン光に基づくソリューションの 1 セットのコストは、1 ～ 2,000 米ドル、さらには数百米ドルまで削減できます。

同様に、初期の FMCW ライダー (ブラックモアの以前の製品など) は、依然として光源、ビームスプリッター、アンテナ、ミキサー、検出器などの個別のコンポーネントによって積み重ねられていました。しかし、このソリューションは数千ドルのコストがかかるだけでなく、車両規制を満たすのが難しいため、光通信製品と同様に、FMCW LIDAR も最終的にはシリコンフォトニクス技術に基づくことになります。

(写真の著作権はLuowei Companyに帰属します)

TOF LIDAR では、レーザーと検出器は異なるチップを使用しますが、FMCW では、最も理想的なケースでは、レーザーと検出器を同じ SoC 上に統合できます。

TOF のチップ化には光学レンズと走査コンポーネントは含まれませんが、FMCW では光学レンズがチップ化される可能性があり、走査コンポーネントはシリコンフォトニックチップで直接作られます。最良の場合、スキャンモジュールは同じチップ上でトランシーバーモジュール (レーザー + 検出器) と統合できます (これは、Intel、Mobileye、および上海の中国企業が取り組んでいることです)。

したがって、多くのメーカーは、FMCW LIDAR のチップレベルをより徹底できるため、ムーアの法則の恩恵をより享受できる可能性が高いと考えています。

、

四。FMCW LIDAR に関するいくつかの論争と誤解

1.FCMWの検出距離はTOFより長いですか?

FMCW LIDAR に関する報道では、多くのメディアが検出距離の利点について言及しており、この見解は完全に間違っているとは言えませんが、議論の余地もあります。

Lightspoon Technology の CEO、Yao Jian 氏によると、速度次元情報のおかげで、ターゲットに当たる点がほとんどなくても、戻ってくる光点がほとんどなくても、FMCW LIDAR は障害物を検出できます。したがって、500〜600メートル離れた車両を検出することが可能です。

Zhigan Photonic IC の設計ディレクターである Wu Lei 氏も同様の見解を持っています。

あるFMCWライダー会社の最高経営責任者（CEO）であるXi氏は、微弱信号の強力な検出能力により、航空宇宙シナリオで使用される同社のFMCWライダーの検出範囲は最大12キロメートルに達する可能性があるが、同社のFMCWライダーは車両で使用されるとさえ述べた。シナリオでは、検出距離は 2 キロメートルに達することもあります。

ただし、TOFライダーメーカーの担当者は、FMCWライダーはTOFと比較して、検出距離の点で優位性があるものの、「ローリングアドバンテージ」ではないと述べた。

単一光子検出器の普及に伴い、TOF ライダーの測距能力は常に向上しており、直接速度測定では FMCW が勝っていますが、TOF と比較した測距能力の優位性は日に日に縮まっています。

さらに、検出距離はポイント周波数と組み合わせる必要があり、分解能が十分に高い場合にのみ検出距離について話すことに意味がありますが、実際には、FMCW LIDAR のポイント周波数は TOF のポイント周波数よりも低いため、宣言された検出の検出範囲は長く、静的オブジェクトの識別に対する実際の値は限られています。

FMCW LIDAR会社の別の創設者は、TOFでも1550nmレーザーを使用する場合、「FMCWシステムの損失が比較的大きいため」検出距離におけるFMCWの利点は存在しないと考えている。

2. FMCW LIDAR に遅延はありますか?

FMCWレーザーレーダーは「遅延がある」とネット上で言われています。この疑問を念頭に置いて、著者は特に業界の専門家に検証を依頼しました。

TOFライダーメーカーの担当者の話によると、通常1回の測距に2マイクロ秒しかかからないTOFライダーとは異なり、FMCWライダーは1回の測距に20マイクロ秒程度かかることが多いとのこと。その理由は、FMCW ライダーが発した光は帰還後に独自の信号でビートする必要があり、ビート時間が短すぎると出力に影響が出るからです。

ただし、この 18 マイクロ秒の時間差は、運転の安全性に影響を与えるには十分ではありません。なぜなら、「逆方向に走行する2台の車が両方とも時速100kmで走行しているとしても、相対速度は時速200kmに過ぎず、2台の車の相対位置は20マイクロ秒以内に数ミリしか変化しないからです。」」

3. FMCW では横方向の速度が得られませんが、これは欠点ですか?

前述したように、FMCW は速度次元データを提供できますが、制限もあります。半径方向の速度 (移動方向が車両の進行方向と平行な場合のターゲットの速度) のみを提供でき、次のような制限があります。横速度（移動方向が車両の進行方向と平行である場合の目標の速度）、移動方向が車両の進行方向と垂直である場合の速度）。これは一部のメディアによって FMCW LIDAR の「欠点」とも言われています。

一部のメーカーは、横速度が実際にFMCWの「欠点」であると言われていることに納得していません。たとえば、FMCW ライダー会社の創設者は、「TOF は半径方向の速度さえ提供できないのに、FMCW は少なくとも半径方向の速度を提供できるのに、なぜ逆に不利になるのでしょうか?」と問い返しました。

複数の動径速度がありますが、何もないよりは良いですよね? 」

さらに、創設者によると、通常、ターゲットが「一定の体積を持っている」場合、ライダーはターゲット上の多くの点をスキャンし、この点での半径方向の速度を測定し、その点に到達します。その後、半径方向の速度を測定すると、いくつかの式を使用して横速度を計算できます。

この人物はまた、「人間の目のアナロジーを使えば、横方向に移動するターゲットは人間の目で簡単に「検出」できるため、横方向の速度を特に強調する必要がないことがわかります。しかし、半径方向の速度については、その目標は、人間の目で遠ざかっているのか、近づいているのか、またその速度を正確に判断することは実際には難しいため、FMCW ライダーがその役割を果たす必要があるのです。」

次号のプレビュー: FMCW LiDAR のポピュラーサイエンス (パート 2): 送信、受信、スキャン見逃すことが心配な方は、「スマートドライビングの 9 つの章」を忘れずにフォローしてください。

参考文献: